相对论简介物理力学答案.doc

第十二章 相对论简介 12.1迈克尔孙—莫雷实验结果说明什么问题？ 答：1865年，英国物理学家麦克斯韦发表了题为“电磁场的动力学理论”的论文，提出了电磁场及电磁波的理论，并将各种电磁现象的本质概括为一组方程——麦克斯韦电磁场方程。该理论提出后，由于经典物理理论在人们头脑中的根深蒂固，因此人们坚定不移地认为：传播电磁波（包括光波）的介质，即以太必然存在，由于参照系的运动必然导致“以太风”的产生，麦克斯韦方程只有在绝对静止以太参照系中成立。 迈克尔孙——莫雷实验的负结果，否认了以太相对于太阳的绝对静止。并进而否定了以太的存在。真空中光速是一个不变值，伽俐略速度合成公式，即伽俐略变换在电磁现象中失败了，这就需要提出一种新的时空观念，即新的坐标变换。 12.2狭义相对论的基本假设是什么？为什么在光速不变原理中强调真空中的光速？洛仑磁变换与伽利略变换有什么不同？ 答：狭义相对论中的两个基本假设： 1＞．光速不变原理——真空中的光速C是对任何惯性参照系都适用的普适常数。 2＞．狭义相对性原理——对于描述一切物理过程的规律所有惯性系都是等价的。 在麦克斯韦的电磁场方程中要涉及真空中的介电常数，真空中的磁导率而与真空中的光速完全一样为C，只有C在任何参照系中为普适常数，麦克斯韦才具有普遍意义，故在光速不变原理中必然强调的是在真空中的光速。 伽利略变换与洛仑兹变换的本质不同点体现在时空观，伽利略变换体现了时间和空间是独立的，而洛沦兹变换体现了相对时空观，它们是相互依存的统一体。 12.3 在系中坐标面内置一圆盘，在另一惯性参照系O系中的观察者是否也测到一个圆盘？ 答：若O系相对于系有一定的速度，且速度的方向沿o-x轴，或o-y轴，则在o系中测得的是一个椭圆，这是由于洛沦磁收缩的原因。 若Ｏ相对于系的速度垂直于平面。则在o系中也测到一个圆盘。 12.4有两个静长度相等的杆分别置于o系和系中且处于静止，从o系观察，哪根棒较长？从系观察的结果又如何？它们的观测结果是否相同？如果不相同，究竟谁正确？ 答：设两个棒沿x轴和x`轴放置，系相对于o系沿x轴运动，则两系中的观察者观测的棒的静长观测的动长为 根据此公式可得o系的观测者认为置于o系中的棒比置于系中的棒要长一些。 系的观测者认为置于系的棒比置于o系中的棒要长一些。两个观测者观测的结果均正确。 12．5在相对论中对于两事件同时的理解和在经典力学中有什么不同。 答：在经典力学中，在某一个参照中两个同时发生的事件。那么观察者无论在任何一个其它的参照系上观测，这两个事件也是同时发生。 在相对论中，若在某一个参照系中，两个事件是同时发生的，即在另一个相对于此参照系以速度V运动的另一个参照系中，根据洛仑兹变化可得： 若此二事间发生在不同地点，则不足同时发生的，若发生在同一地点，则同时是绝对的。 12.6相对论的质量——速率关系为是否违背质量守恒？ 答：在经典力学中，质量守恒定律和能量守恒定律是两个彼此独立的定律，但是在相对论中，它们是统一的，可称为质——能守恒“质能”可以看作是一个统一的物理量。例如： 对正反电子在一定的条件下可以转化为一对高能光子，电子对的静能全部转化为光子的动能。能量改变形式，但数量上守恒，同时电子对的静质量全部转化为光子的动质量，质量也是守恒的。 由此可以看出，相对论的质量——速率公式并未违背质量守恒。 12．7你如何理解？如何理解相对论质量——能量关系？在相对论中，质点的动能亦可写作，只是其中的这是否正确？ 答：1、对　的理解 当物质粒子在某参照系中处于静止状态时，它具有一定的能量，当它受到外界的作用，即从外界吸收一定的能量而发生运动，则吸收的能量转变为动能Ｅk，这时该物质粒子的能量为. ２、对质量——能量关系的理解： 在相对论中，质量和能量可视为统一的物理量，二者是等价的，只要有质量m就有能量反之只要有能量Ｅ，必有的质量。 ３、在相对论中物质粒子的动能为只有当　时，将　展开略去高价子量，可得故上面的说法不正确． 12.8什么叫作四维动量？ 答：相对论认为时间和空间是紧密联系在一起的，构成了时空统一体一个事件的发生，其时空坐标是四维的，它对时间的微商就构成了四维速度，物质粒子的静止质量乘以四维速度称之为四维动量．其中　为物质粒子的三维空间动量为粒子的能量． 12.9什么是伽利略相对性原理？狭义相对性大大批量及广义相对性原理？你如何从对称性理解它们？ 答：　伽利略相对性原理：对于描述力学规律而言，一切惯性系都是等价的． 狭义相对性原理：对于描述一切物理过程的规律，所有惯性系都是等价的． 广义相对性原理：对于表述各种物理规律而言，所有的参照系都是等价的． 物理学中的对称性，其中一个重要内涵，就是某些物理量，表明物理规律的方程在坐标变换下句有协变性，也就是不变性，相对性原理正式表明了这种